光催化的领域可以追溯到80多年前，对二氧化钛基颜料的粉色进行早期观察，以及研究金属氧化物在阳光下与有机化合物接触的暗化。上世纪七十年代，日本科学家 Fujishima [2]和 Honda首次在TiO2电极上利用光催化分解水来制造氧气和氢气，后来人们报道了许多具有较高光解水产氢性能的半导体材料，例如Ti、Zr等金属氧化物。二氧化钛（TiO2），作为最有潜力的光催化剂分解水，它提供了对能源和环境领域的阳光直接使用，使可见光催化吸引了极大的兴趣。在众多的光催化剂的发展中，TiO2是商业规模的最合适的选择，由于其化学稳定性好，成本低，无毒，在自然界丰富引起广泛的关注。它的带隙意味着二氧化钛仅在紫外（UV）区域活跃，但是只占太阳光谱总能量的不到5%。有科学家提出了将TiO2光吸收光谱扩展到可见光区的策略，该方案可以占到太阳光谱的43%，其中就包括了用染料或小禁带量子点敏化二氧化钛，以及用金属或非金属元素掺杂二氧化钛。本实验中，为提高TiO2可见光的催化活性，用金属钴沉积在TiO2表面，钴是目前研究具有高稳定性和强可见光吸收范围，同时，金属钴又是一种重要的储氢材料。在这项工作中，二氧化钛纳米管（NTS）被用作光催化剂，通过简单的化学还原和沉积修饰的金属钴（Co）作为储氢介质。我们期望氢原子可以通过TiO2纳米管光催化分解水生成，然后被金属钴吸收和储存。经过一系列的精心测验，如热失重（TG）、X射线光电子能谱（XPS）、XRD、TEM、HRTEM等，来探究TiO2/Co复合材料的制-储氢性能。

1.1. 光催化分解水的反应的机理

半导体光催化分解水[3]的过程一般有几下几步。第一步骤基于光子吸收形成电子-空穴对。半导体的能带结构对光催化性能有很大的影响。对于发生H2演变，半导体的导带电位必须高于质子还原电位为0.0 V vs NHE 在 pH = 0。价带边缘的电位必须超过1.23 V vs NHE 在 pH = 0。此外，随着氧化物材料的溶液pH的变化，带的水平通常发生变化（-0.059V/pH）。半导体的带隙与氧化或还原电位不匹配，通常需要偏置电压、pH调节或外部氧化还原试剂来驱动反应。基于这些标准，1.23 eV的带隙能量是驱动水分裂反应的理论最低要求，其对应于1100纳米波长的光。迄今为止，NiO/RuO2-Ni的带隙达到2.3电子伏特，ZrO2、KTaO3、SrTiO3和TiO2的带隙水平适合于水的分裂。但是这些材料在负载催化剂如Pt、Ru或Rh时仅对水分解有活性。

第二步是电荷分离和迁移。分离的电荷迁移到表面反应位点并与水反应。电子空穴对的复合抑制了光催化水分解反应。因此，结晶度和粒径强烈影响水的分裂活性。高结晶质量导致少量缺陷。因为缺陷作为光生电子和空穴的俘获和复合中心，它们导致光催化活性降低。另一方面，光生电子和空穴在表面上的反应位点的迁移距离是基于粒径的。当粒径变小时，距离变短，这导致复合的可能性降低和活性较高。

表面化学反应是最后一步。表面特征（活性位点）和数量（表面积）强烈地影响这一步骤。即使在氧化还原反应的活性位点不存在于表面上时，光生电子和空穴也会相互重组，即使它们具有足够的水裂解电位。Pt、NiO、Rh和RuO2通常用作助催化剂用于H2演化的活性位点。这些助催化剂有助于氧化物光催化剂，通常不具有足够高的导带水平，以减少水和产生H2。O2-演化通常不需要助催化剂。此外，演变的H2和O2可以很容易地相互反应，并转向水。因此，助催化剂不利于反应位点的反作用。如在Pt/SrTiO3∶Rh体系，Fe3+/Fe2+电子介体是不可缺少的，因为铁离子不仅穿梭于载体上，而且还抑制了通过覆盖在Pt助催化剂上形成的H2和O2生成的水的反应。与Pt助催化剂相反，Ru助催化剂是一种不增强反作用的有效助催化剂。